风能开发利用PPT演示课件

风能开发利用,环境与能源工程学院孙晗,1,内容,技术、制度与世界风能的发展风力发电原理和技术中国风力发电发展,2,技术、制度与世界风能发展,1.1人类开发利用风能的历史风帆助航、风力发电、风车提水,3,我国利用风能的历史3000年前的商代：开始出现帆船唐代：“乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海”明代：郑和下西洋明代后：宋应星天工开物有：“扬郡以风帆数扇，俟风转车，风息则止”方以智著的物理小识有：“用风帆六幅，车水灌田，淮阳海皆为之”中国沿海沿江地区的风帆船和用风力提水灌溉或制盐的做法，一直延续到20世纪50年代,4,欧洲利用风能的历史12世纪风车从中东传入欧洲。16世纪，荷兰人利用风车排水、与海争地，在低洼的海滩上建国立业。在蒸汽机出现之前，风力机械是动力机械的一大支柱，但因竞争不过蒸汽机、内燃机等而被淘汰。19世纪丹麦人首先研制了风力发电机。1891年，丹麦建成世界第一座风力发电站。20世纪70年代后，风力发电蓬勃发展。21世纪中叶，风能成为世界能源供应的支柱之一。,5,1.2开发利用风能的动因经济驱动力环境驱动力社会驱动力技术驱动力,6,经济驱动力经济最优化例：在内蒙古农牧区小型离网风力发电：2元/kW.h电网延伸：8元/kW.h利用汽油/柴油发电机供电：6元/kW.h化石能源枯竭与供应安全石油资源在四五十年后面临枯竭风能是新能源中最具工业开发潜力的可再生能源促进能源产业升级风力发电技术属新兴技术，风电产业属朝阳产业。风电技术研发示范进入市场国民经济的新增长点,7,环境驱动力CO2排放、全球气候变暖、1997年京都议定书烟尘、SO2、NOx、CO等,8,社会驱动力风能份额增加时，会创造很多直接和间接的就业机会。生产装机设备维护在一些国家，风能的利用成为热点问题，得到公众的支持。,9,技术驱动力空气动力学理论不断发展新型高强度、轻质材料的出现计算机模拟、设计技术的广泛应用自控技术的提高机械、电气、电子元件制造技术的成熟风电技术向大功率、高效率、高可靠性和高度自动化方向发展,10,1.3世界风能开发现状与展望,11,12,13,14,15,16,17,18,2005-2020年世界风电需求的预测,19,1.4世界鼓励风能开发利用的政策措施研发鼓励政策投资鼓励政策生产鼓励政策消费鼓励政策,20,1.5中国风能发展需要制度创新中国风力资源丰富，但风电发展落后原因：缺乏透明、完整、可持续、有效力的风能政策和法律制度国家发改委制定的可再生能源中长期发展规划指出：到2020年中国风电装机容量将达到2000万瓦，要实现这一目标需要制度创新,21,风力发电原理和技术,风与风能的形成风能的基本特征风力发电原理风力发电机安装场址的选择风力发电系统的种类风力技术的发展趋势,22,2.1风与风能的形成成因：太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，空气沿水平方向运动，形成风。高低纬度的温度差异,23,地球自转引起的地转偏向力,24,海洋、地形的影响,空气流动动能可再生能源,25,2.2风能的基本特征风能资源用风速、风级、风能密度等指标衡量。2.2.1风速定义：单位时间内空气在水平方向所移动的距离。可用风速仪测量，单位为m/s.有效风速：3-20m/s,26,2.2.2风级风级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象，按风力的强度等级来估计风力的大小。,27,风级的表现,28,2.2.3风能密度通过截面积的风所含的能量，常以W/m2表示。风能密度与空气密度有直接关系一般，海边地势地，气压高，空气密度大，风能密度就高。高山气压低，空气稀薄，风能密度就小些。如果高山风速大、气温低仍有相当大的风能潜力。,29,2.2.4风能的计算风能密度的计算公式：风能=0.53A风能密度W=（Nii3）/（2N）式中W平均风能密度，W/m2i等级风速，m/sNi等级风速i出现的次数N各等级风速出现的总次数空气密度，kg/m3,30,全国风能储量估算指离地10m高度层上的风能资源量在地图上画10W/m2,25W/m2,50W/m2,100W/m2,200W/m2的风能密度等值线，根据风能密度和面积估算风能资源储量中国陆地上10m高度层上可开发的风能储量为2.52亿千瓦,31,2.3风力发电的原理风力发电机的组成风轮（空气的动能风轮旋转的机械能）空气动力学的升力、阻力发电机（包括传动装置）调向器（尾翼）塔架限速安全机构储能装置,32,33,34,2.4风力发电机安装场址的选择风能资源丰富我国安装风力发电机的资源条件：某地域的年有效风速时数在2000-4000h、年6-20m/s风速时数在500-1500h。具有较稳定的盛行风量湍流小自然灾害小,35,2.5风力发电系统的种类并网的风电系统涡轮风机产生电力进入交流变频系统转换为交流电网频率的交流电进入电网由于风电的输出功率不稳定风电场装机容量占所接入电网的比例不宜超5%-10%，且电网需配备一定的备用负荷独立的风电系统向用电负荷供电风力发电逆变器直流电蓄电池混合型风电系统风力发电+柴油机发电风力+（水电解制氢+氢能发电）,36,2.7风电技术的发展趋势单机容量增大风电机桨叶的变化桨叶长度增长，最长的叶片达50m桨叶叶形的优化设计桨叶的材料由玻璃纤维增强树脂强度高质量轻的碳纤维向柔性发展塔架高度上升控制技术的发展海上风力发电,37,我国风力发电的发展,3.1中国的风能资源,大气环流的影响海陆和水体的影响地形对风能分布的影响山脉海拔中小地形,38,我国风能资源区划风能丰富区东南沿海、山东半岛、辽东半岛三北地区松花江下游区风能较丰富区东南沿海内陆和渤海沿海区三北的南部区青藏高原风能可利用区两广沿海区大小兴安岭地区中部地区风能贫乏区川云贵和南岭山地区雅鲁藏布江和昌都区塔里木盆地西部区,39,3.2离网户用小型风力发电行业发展历程老式风车应用阶段（1949-1959）：提取海水制盐和农田灌溉现代风力机械起步阶段（1960-1977）：八机部研制小型风力发电机组和风力提水机组，受到牧民欢迎科研攻关和示范应用阶段（1978-1983）：国防科工委、航空部602所、中国农机院等投入大笔资金研制风力发电机组和风力提水机组。开始批量生产和推广应用技术成熟和使用推广阶段（1984-1990）调整、巩固阶段（1990-1997）稳定发展阶段（1998以后）,40,41,潜在市场及发展趋势西部大开发、提高边远地区农牧民生活水平，需要小风电1985年前生产的小型风力发电机组需要更新换代边远地区、海岛的部队驻军、边防哨所、微波站、气象台站、沿海和内陆湖泊养殖业没有常规电源的地方中国出口小型风电机的数量在逐年增加国家“光明工程”、“全球环境基金世界银行中国可再生能源商业化促进项目”农业部、财政部设立的“农村小型公益设施建设补助资金农村能源项目”,42,3.3并网风力发电行业发展历程第一阶段：1986-1990探索